换热器的结构设计-3

板式换热器的结构设计摘要：板式换热器的广泛应用加速了我国板式换热器行业的迅速发展。

然而目前我国的板式换热器结构设计与发达国家之间仍存在着一定的差距，鉴于此，本文对板式换热器结构设计的要点进行了总结分析，以供参考。

关键词：板式换热器；结构设计；框架；传热板；密封垫前言：板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器，主要由框架和板片两部分组成。

框架由固定压紧板、活动压紧板、上下导杆和夹紧螺栓等构成，而板片则是由各种材料的制成的薄板用各种不同形式的磨具压成形状各异的波纹，并在板片的四个角上开有角孔，用于介质的流道。

因其结构复杂，必须要正确选准构件，合理设计，才能使得其功能的发挥可靠、高效。

1.框架结构的设计1.1 框架结构的组成板式换热器主要由下列部件组成：两个垂直构件，即尾部支持和固定支持，具有四个流体连接头或接管；顶部和底部的导杆架设在两个垂直构件之间，为板组导向、定位；另有一可动构件讲板组压紧在固定构件上；夹紧部件，其作用是将固定构件和移动构件夹紧。

夹紧部件通常有两类：（1）拉杆用一定数量的拉杆t把固定和可移动构件夹紧。

除了板片和它们的流道中容纳的工质重量外，尾部支撑、顶部和底部的导杆处于无应力状态。

（2）压榨式用两个支持在尾部支撑的紧固丝杆，施加压紧载荷于可移动构件上，丝杆本身受到应力作用，顶部和底部的连杆也受到了应力作用。

这是一种较为昂贵和不稳定的结构，因为紧固丝杆处于受压状态，但其安装、拆卸较为容易，并可进一步利用动力紧固装置，如电动或液压装置使操作更加便利。

1.2 框架受力分析应力和应变是框架设计中应考虑的重要因素，因为过度的变形会降低作用在密封垫上的压力，造成泄漏。

当板片组合尺寸减小，单个密封垫的影响增加，这一问题将变得更加显著。

因此，在框架设计中应对以下主要载荷给予充分的考虑：（1）头盖、随动版和尾部支撑，由于流体压力和紧固载荷造成的应力和变形；（2）在拉杆中的拉伸应力和紧固丝杆中的压缩应力；（3）顶部承载导杆的刚度，顶部承载杆必须承受板片和它们的流道里面容纳的工质重量，并使板片不与底部导杆接触；（4）顶部导杆的横向强度应保证板组在侧方向的稳定性。

管壳式换热器结构设计在化工、石油和能源等领域中，管壳式换热器是一种广泛应用的高效换热设备。

本文将详细探讨管壳式换热器的结构设计，包括材料选择、传热原理和应用特点等方面的内容，旨在提高设备的传热效率和可靠性。

一、管壳式换热器的基本结构管壳式换热器主要由壳体、管束、折流板、进出口接管等部件组成。

其核心部分是管束，它由许多平行排列的传热管组成。

这些传热管的一端与壳体连接，另一端则通过封头与进出口接管相连。

在操作时，一种流体（例如水或油）在管内流动，另一种流体（例如蒸汽或冷凝液）在壳侧流动，两种流体通过管壁进行热交换。

二、材料选择与优化管壳式换热器的材料选择对其性能和可靠性至关重要。

壳体通常采用碳钢、不锈钢和钛等材料，而管束则通常采用不锈钢、铜和钛等具有优良传热性能和抗腐蚀性的材料。

在某些特殊情况下，还可以考虑对关键部位进行表面处理，以提高抗腐蚀性和耐磨性。

三、传热原理与优化管壳式换热器的传热原理主要是通过对流传热和热传导的组合来实现的。

为了提高设备的传热效率，可以采用以下措施：1、改变折流板的形状和布置，以增加壳侧流体的湍流度。

2、选择具有高导热系数的材料，以提高管壁的热传导性能。

3、适当增加管束数量和布置密度，以增加传热面积。

四、应用特点与优势管壳式换热器在各种工业领域中得到了广泛应用，主要特点有：1、结构紧凑，占地面积小，易于布置。

2、材料选择广泛，适用于各种不同的工艺条件和腐蚀性介质。

3、传热效率高，能够实现两种流体的有效热交换。

4、制造工艺成熟，操作维护方便，使用寿命较长。

五、结论本文对管壳式换热器的结构设计进行了全面分析，包括材料选择、传热原理和应用特点等方面的内容。

通过合理的结构设计，可以显著提高管壳式换热器的传热效率和可靠性，使其在各种工业领域中发挥更加重要的作用。

随着技术的不断进步，管壳式换热器的设计和制造水平也将不断提升，为工业生产带来更大的价值。

六、展望随着工业生产的不断发展和能源紧缺的压力日益增大，管壳式换热器的应用前景更加广阔。

兰州交通大学毕业设计（论文）摘要板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效紧凑换热器。

各相邻板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。

板式换热器的传热性能与板面的波纹形状、尺寸及流程组合方式都有密切关系。

它与常规的管壳式换热器相比，在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数高，结构紧凑，占地面积小，价格低，安装方便，易清洗，在适用的范围内有取代管壳式换热器的趋势。

板式换热器应用很广，尤其是更适宜用于医药、食品、制酒、化工等工业，并且随着板型、结构上改进，正在进一步扩大它的应用领域。

本文对板式换热器的发展及应用领域作了简要的介绍，通过板式换热器的传热原理，进行板式换热器热力计算和阻力计算，在满足了校核条件下，设计出板片波纹形式为双人字形、板片数为149片的并联流程组合的可拆卸式板式换热器。

在此基础上，用AutoCAD绘制板式换热器零件图及装配图。

设计的换热器工艺性好，安全可靠，便于操作、安装，成本低。

关键词：板式换热器；结构设计；传热计算；阻力计算AbstractPlate heat exchanger is a new compact and efficient heat exchanger, consists of a series of corrugated sheet metal with a certain shape made of stacked. Formed thin rectangular channels between adjacent plates, through plates exchange heat. Plate heat exchanger heat transfer performance are closely related with plate’s corrugated shape, size and process combinations. Compared with the conventional shell and tube heat exchanger, at the same flow resistance and pump power consumption, it has the advantages of high heat transfer coefficient, compact, small footprint, low price, easy to install and clean. It has the trends replace shell and tube heat exchanger within applicable range. Plate heat exchanger applications is very broad, especially more suitable for medicine, food, wine, chemical and other industries. With the improvement of plate’s shape and structural, its field of application is further expanding.In this paper, the development and applications of plate heat exchanger was made a brief introduction.Through the principles of heat transfer of the plate heat exchanger, performed thermal and resistance calculations, under meeting the checking conditions, designs detachable plate heat exchanger, that plate’s corrugated shape is double herringbone, plate number is 149, process composition is parallel. On this basis, using AutoCAD to draw plate heat exchanger parts and assembly drawings. Designed heat exchanger technology is good, safe, reliable, easy to operate, install, and low cost.Keywords:plate heat exchanger; structural design; heat transfer calculation; resistance calculation目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 板式换热器的学术背景及意义 (1)1.2 我国设计制造情况 (2)1.3 国外著名厂家及其产品 (3)2 板式换热器基本构造和工作原理 (6)2.1 板式换热器基本构造和工作原理 (6)2.2 板式换热器分类 (6)2.3 流程组合方式 (7)2.4 框架形式 (9)2.5 板片 (9)2.6密封垫片 (11)2.7 压紧装置 (12)3 板式换热器的优缺点及应用 (13)3.1 板式换热器的优缺点 (13)3.1.1 板式换热器的优点 (13)3.1.2 板式换热器的缺点 (14)3.2 板式换热器的应用 (14)4 板式换热器热力及相关计算 (16)4.1 板式换热器的设计计算概述 (16)4.2 传热过程 (16)4.2.1 对流换热 (16)4.2.2 相变换热 (17)4.2.3 导热 (18)4.3 热力计算 (18)4.3.1 设计要求 (18)4.3.2 传热计算公式 (21)4.4 板式换热器的计算 (28)4.4.1 设计工艺条件 (28)4.4.2 计算过程 (29)4.4.3 计算综述表 (33)结论 (37)致谢 (38)参考文献 (39)1 绪论1.1板式换热器的学术背景及意义板式换热器于1878由德国发明。

换热器结构原理课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握换热器的基本结构及其工作原理，理解不同类型换热器的特点与应用场景。

2. 使学生了解换热过程中的热量传递机制，包括传导、对流和辐射。

3. 帮助学生理解换热器在设计过程中涉及的参数计算，如传热系数、温差、流体流量等。

技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析实际换热器案例，提出优化方案的能力。

2. 让学生掌握换热器设计的基本方法和步骤，具备一定的换热器选型、设计和计算能力。

3. 培养学生运用专业软件或工具进行换热器性能模拟和优化的技能。

情感态度价值观目标：1. 激发学生对换热器及热交换技术的兴趣，培养其探索精神和创新意识。

2. 培养学生关注能源利用和环境保护，认识到换热器在节能减排中的重要作用。

3. 培养学生的团队协作意识和沟通能力，使其在换热器设计过程中能够与他人有效合作。

本课程针对高年级学生，结合换热器结构原理的学科特点，强调理论与实践相结合，注重培养学生的实际操作能力和解决实际问题的能力。

课程目标旨在让学生掌握换热器相关知识，提升其专业技能，同时培养其情感态度价值观，为今后的学习和工作打下坚实基础。

二、教学内容1. 换热器基本概念：介绍换热器的定义、分类及用途，分析各类换热器的工作原理和结构特点。

教材章节：第一章 换热器概述2. 热量传递机制：讲解传导、对流和辐射三种热量传递方式在换热过程中的作用和计算方法。

教材章节：第二章 热量传递基础3. 换热器设计参数：阐述换热器设计中所涉及的主要参数，如传热系数、温差、流体流量等，并进行相关计算。

教材章节：第三章 换热器设计参数及计算4. 换热器选型与设计：介绍换热器选型原则、设计方法和步骤，结合实际案例进行分析。

教材章节：第四章 换热器选型与设计5. 换热器性能模拟与优化：教授学生运用专业软件或工具对换热器性能进行模拟和优化，提高换热效率。

教材章节：第五章 换热器性能模拟与优化6. 换热器在实际工程中的应用：分析换热器在能源、化工、环保等领域的应用案例，探讨换热技术的现状与发展趋势。

优质资料U型管式换热器设计摘要本文介绍了U型管换热器的整体结构设计计算。

U型管换热器仅有一个管板，管子两端均固定于同一管板上，管子可以自由伸缩，无热应力，热补偿性能好；管程采用双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好，承压能力强，管束可从壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单，造价便宜。

U型管式换热器的主要结构包括管箱、筒体、封头、换热管、接管、折流板、防冲板和导流筒、防短路结构、支座及管壳程的其他附件等。

本次设计为二类压力容器，设计温度和设计压力都较高，因而设计要求高。

换热器采用双管程，不锈钢换热管制造。

设计中主要进行了换热器的结构设计，强度设计以及零部件的选型和工艺设计。

关键词：U型管换热器，结构，强度，设计计算目录中文摘要 ......................... 错误！未定义书签。

英文摘要 ......................... 错误！未定义书签。

绪论 (1)1管壳式换热器的类型、结构与型号 (2)1.1换热器的零部件名称 (2)1.2换热器的主要组合部件 (3)2换热器材料选择 (4)2.1选材原则 (4)3换热器结构设计 (5)3.1壁厚的确定 (6)3.2管箱圆筒短节设计 (6)3.3壳体圆筒设计 (7)3.4封头设计 (8)3.4.1后封头计算 (9)3.4.2管箱封头计算 (10)3.5换热管设计 (11)3.5.1换热管的规格和尺寸偏差 (11)3.5.2 U形管的尺寸 (12)3.5.3管子的排列型式 (12)3.5.4换热管中心距 (13)3.5.5布管限定圆 (13)3.5.6换热管的排列原则 (15)3.6管板设计 (15)3.6.1管板连接设计 (17)3.6.2 管板设计计算 (19)3.7管箱结构设计 (22)3.7.1管箱的最小内侧深度 (22)3.7.2分程隔板 (22)4换热器其他各部件结构 (23)4.1进出口接管设计 (23)4.1.1接管法兰设计 (23)4.1.2接管外伸长度 (25)4.1.3 接管与筒体、管箱壳体的连接 (25)4.1.4 接管开孔补强的设计计算 (25)4.1.5接管最小位置 (29)4.1.6壳程接管位置的最小尺寸 (30)4.1.7管箱接管位置的最小尺寸 (30)4.2 管板法兰设计 (31)4.2.1 垫片的设计 (33)4.2.2螺栓设计 (34)4.2.3法兰设计 (36)4.3 折流板 (38)4.3.1 折流板尺寸 (39)4.3.2 折流板的布置 (39)4.3.3 折流板的固定 (36)4.4 拉杆与定距管 (38)4.4.1 拉杆的结构型式 (39)4.4.2拉杆的直径和数量 (39)4.4.3拉杆的尺寸 (42)4.4.4拉杆的布置 (43)4.4.5定距管尺寸 (43)4.5防冲与导流 (43)4.5.1 防冲板的形式 (43)4.5.2防冲板的位置和尺寸 (43)4.5.3导流筒 (44)4.6双壳程结构 (44)4.7防短路结构 (44)4.7.1旁路挡板的结构尺寸 (45)4.7.2 挡管 (45)4.7.3中间挡板 (45)4.8鞍座 (45)结论 (46)参考文献 (47)致谢 (48)附录英文文摘及翻译 (49)绪论能源是当前人类面临的重要问题之一，能源开发及转换利用已成为各国的重要课题，而换热器是能源利用过程中必不可少的设备，几乎一切工业领域都要使用，化工、冶金、动力、交通、航空与航天等部门应用尤为广泛。

换热器结构设计. 符号：1C ————钢材厚度负偏差mm. 2C ————钢材的腐蚀裕量mm;C ————厚度附加量mm;i D ————圆筒的内直径mm; o D ————圆筒的外直径(2)o i n D D δ=+mm;c P ————计算压力Mpa;d P ————设计压力Mpa; tP ————管程设计压力 Mpa;[]w P ————圆筒的最大允许工作压力，Mpa;δ————圆筒的计算厚度mm;eδ————圆筒的有效厚度mm; n δ————圆筒的名义厚度mm;tσ————设计温度下圆筒材料的计算应力Mpa;[]tσ————设计温度下圆筒材料的许用应力Mpa;[]σ————试验温度下材料的许用应力Mpa;φ ————焊接接头系数.壁厚的确定 壳体、官箱壳体和封头共同组成了换热器的外壳，管壳式换热器的壳体通常由管材或者板材卷制而成。

压力容器的公称直径按GB9019-88规定，当直径<400mm 时，通常采用管材做壳体和管箱壳体。

当直径≥400mm 时，采用板材卷制壳体和管箱壳体。

其直径系列应与封头、连接法兰的系列相匹配，以便于法兰、封头的选型。

卷制圆筒的公称直径以400mm 为基数，一般情况下，当直径>1000mm 时，直径相差100mm 为一个系列，必要时也可采用50mm ，当直径>1000mm 时直径相差200mm 为一个系列，若采用旋压封头，其直径系列的间隔可以取为100mm 。

圆筒的厚度按GB150-1998第5章计算，但碳素钢和低合金钢圆筒的最小厚度应不小于表1.1的规定。

公称直径 400~≤700 ＞700~≤1000＞1000~≤1500＞1500~≤2000 ＞2000~≤2600 U 型管式8 10 121416表1.1 一.管箱圆筒短节设计管箱圆筒（短节）.计算按GB150-1998第5章的有关规定，其开孔补强计算按GB150-1998第8章有关规定。

管壳式换热器的结构设计摘要本文首先叙述了管壳式换热器的概念意义、发展历史、应用和发展前景、市场状况等。

以及关于管壳式换热器标准的常见问题，管壳式换热器的结构形式及传热性能比较，管壳式换热器的特性与用途及优缺点分析，进而确定设计换热器的类型。

本文设计主要是一些管壳式换热器结构的主要部件的确定跟选择，由于篇幅原因，一些小的参数跟附件并未涉及。

换热器的设计部分主要包括管子数确定及其排列方式，壳体壁厚计算，封头和容器法兰的选择，还有折流板支座的设计等。

管壳式换热器的结构设计，是为了保证换热器的质量和运行寿命，必须考虑很多因素，如材料、压力、温度、壁温差、结垢情况、流体性质以及检修与清理等等来选择某一种合适的结构形式。

对同一种形式的换热器，由于各种条件不同，往往采用的结构亦不相同。

在工程设计中，除尽量选用定型系列产品外，也常按其特定的条件进行设计，以满足工艺上的需要（得到适合工况下最合理最有效也最经济的便于生产制造的换热器等等）。

关键词：管壳式换热器管壳式换热器结构Structure design of shell-and-tube heat exchangerAbstractThis paper first describes the shell and tube heat exchanger conceptual meaning , history, application and development prospects, market conditions . And on shell and tube heat exchanger standards FAQs , shell and tube heat exchanger structure and heat transfer performance compared to shell and tube heat exchanger analysis of the characteristics and uses , advantages and disadvantages , and to determine the design of the heat exchanger types.This design choice is mainly identified with some of the major components of the shell and tube heat exchanger structure due to space reasons, some small argument with attachments not involved . The main part of the heat exchanger design includes determining the number and arrangement of tubes , shell wall thickness calculation , head and vessel flange options, there are baffles bearing design. Shell and tube heat exchanger design of the heat exchanger in order to ensure the quality and operating life , you must consider many factors , such as material , pressure, temperature , wall temperature, fouling , fluid properties , and to repair and clean-up , etc. select one of the appropriate structure.A form of the same heat exchanger, a variety of different conditions , is not the same structure are often used . In engineering design , in addition to try to use styling products , but also often carried out in accordance with specific conditions designed to meet the needs of workmanship ( to get the most reasonable and appropriate conditions effective to facilitate also the most economical manufacturing heat exchangers etc. ) .Keywords : shell and tube heat exchanger shell and tube heat exchanger structure目录摘要 (I)1绪论 (1)1.1换热器的概念及意义 (1)1.2换热器的发展历史 (1)1.3换热器的应用和发展前景 (2)1.4换热器的市场状况 (3)1.5管壳式换热器的分类以及各自特点 (4)1.5.1 固定管板式换热器 (4)1.5.2 浮头式换热器浮头 (5)1.5.3 U形管式换热器 (5)1.5.4 填料函式换热器 (6).1.6管壳式换热器的设计与选型 (7)1.6.1管壳式换热器的设计与选型 (7)1.6.2．设计与选型的具体步骤 (9)1．7设计条件 (10)2换热器设计部分 (11)2.1管数的确定 (11)2.2管子排列方式、管间距的确定 (11)2.3换热器壳体直径的确定 (12)2.4换热器壳体壁厚的计算 (12)2.4.1厚度计算 (12)2.4.2校核水压试验强度 (13)2.4.3强度校核 (13)2.5换热器封头的选择 (14)2.6容器法兰的选择 (14)2.7管板尺寸的确定 (15)2.8管子拉脱力的计算 (15)2.9计算是否安装膨胀节 (17)2.10折流板设计 (18)2.11开孔补强 (20)2.12支座 (21)2.12.1裙座设计 (21)2.12.2基础环设计 (23)2.12.3地脚栓的设计 (24)符号说明 (26)参考文献 (29)1绪论1.1换热器的概念及意义换热器（英语翻译：heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。

换热器的结构管壳式换热器就是具有换热管和壳体的一种换热设备，换热管与管板连接，再用壳体固定。

按其结构型式，主要分为：固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器、方形壳体翅片管换热器等。

详细结构如下：固定管板式换热器：固定管板式换热器结构如上图所示，换热器的两端管板采用焊接方法与壳体连接固定。

换热管可为光管或低翅管。

其结构简单，制造本钱低，能得到较小的壳体径，管程可分成多样，壳程也可用纵向隔板分成多程，规格围广，故在工程中广泛应用。

其缺点是壳侧不便清洗，只能采用化学方法清洗，检修困难，对于较脏或对材料有腐蚀性的介质不能走壳程。

壳体与换热管温差应力较大，当温差应力很大时，可以设置单波或多波膨胀节减小温差应力浮头式换热器浮头式换热器结构如下图，其一端管板与壳体固定，而另一端的管板可以在壳体自由浮动。

壳体和管束对热膨胀是自由的，故当两种介质的温差较大时，管束与壳体之间不会产生温差应力。

浮头端设计成可拆结构，使管束可以容易地插入或抽出，这样为检修和清洗提供了方便。

这种形式的换热器特别适用于壳体与换热管温差应力较大，而且要求壳程与管程都要进展清洗的工况。

浮头式换热器的缺点是结构复杂，价格较贵，而且浮头端小盖在操作时无法知道泄漏情况，所以装配时一定要注意密封性能U形管式换热器上图为双壳程U形管式换热器。

U形管式换热器是将换热管弯成U形，管子两端固定在同一块管板上。

由于换热管可以自由伸缩，所以壳体与换热管无温差应力。

因U形管式换热器仅有一块管板，所以结构较简单，管束可从壳体抽出，壳侧便于清洗，但管清洗稍困难，所以管介质必须清洁且不易结垢。

U形管式换热器一般用于高温高压情况下，尤其是壳体与换热管金属壁温差较大时。

壳程可设置纵向隔板，将壳程分为两程(如图中所示)。

填料函式换热器上图为填料函式双管程双壳程换热器，填料函式换热器的换热管束可以自由滑动，壳侧介质靠填料密封。

对于一些壳体与管束温差较大，腐蚀严重而需经常更换管束的换热器，可采用填料函式换热器。

1.绪论换热设备是化工、炼油、食品、轻工、能源、制药机械及其他许多工业部门广泛使用的通用设备。

随着工业的发展，换热设备在能量储存、转化、余热回收以及新能源利用和污染治理中得到广泛应用。

1.1 换热器的分类1.1.1 换热器的分类及特点按照传热方式的不同，换热器可分为三类：1.直接接触式换热器；2.蓄热式换热器；3.间壁式换热器.1.2 管壳式换热器的分类及特点管壳式换热器可分为五类：1.固定管板式换热器；2.浮头式换热器3.U形管式换热器；4.填料函式换热器；5重沸器。

浮头式换热器的特点浮头式换热器两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动，成为浮头。

浮头部分是由浮头管板，钩圈与浮头端盖组成的可拆联接，因此可以容易抽出管束，故管内管外都能进行清洗，也便于检修。

浮头式换热器的优点是管间和管内清洗方便，不会产生热应力；但其结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求高。

适用于壳体和管束之间壁温差较大的或壳程介质易结垢的场合。

2.换热器的工艺条件与选型2.1 换热器的工艺条件设计条件壳程管程工作介质设计压力工作压力设计温度介质特性换热面积烃循环水-0.0781MPa 0.495MPa -0.071MPa 0.45MPa 80℃60℃易爆/78㎡2.2 换热器的选型根据换热器流体的性质和各种管壳式换热器的特点，本回收塔冷却器选用浮头式换热器。

3. 换热器的零部件结构设计3.1换热管3.1.1 换热管的材料、形式及尺寸.回收塔冷却器采用光管，因为光管加工方便、价格便宜。

根据换热流体的性质选用Φ25mm×2.5mm 长度L=60000mm 的20号无缝钢管作为换热管的材料。

根据GB151-89表3-11（a ）I 级换热器换热管外径允许的偏差是Φ25±0.20管板管孔允许的偏差是Φ+0.15025。

3.1.2 换热管的排列方式及管心距如图所示，换热管在管板上的排列形式主要有正三角形、正方形和转角正三角形、转角正方形。